麻省理工學(xué)院的3D打印機(jī)械人心臟的外表和泵血方法就像真的同樣
沒(méi)有兩顆心臟的跳動(dòng)是相近的。心臟的大小和外形也許因人而異。針對(duì)患有心臟病的人來(lái)說(shuō)，這類差別也許特別顯著，由于他們的心臟和首要血管更盡力地工作以戰(zhàn)勝所有受損的性能。麻省理工學(xué)院（MIT）的工程師們期望通過(guò)1個(gè)定制的機(jī)械人心臟，輔助醫(yī)師依據(jù)患者的詳細(xì)心臟形式和性能進(jìn)行醫(yī)治。
該隊(duì)伍已然開(kāi)發(fā)出一類程序，闊以3D打印出病人心臟的柔嫩和靈巧的復(fù)制品。接著他們闊以操控該復(fù)制品的舉措，以模擬該病人的血液泵送本領(lǐng)。
該程序含蓋首先將病人心臟的醫(yī)學(xué)圖片轉(zhuǎn)換成1個(gè)三維計(jì)算機(jī)模型，接著研發(fā)職員闊以應(yīng)用一類基于聚合物的墨水進(jìn)行3D打印。其結(jié)果是1個(gè)柔嫩、靈巧的外殼，與病人自己的心臟外形完全相近，研發(fā)小組還闊以用這類方式來(lái)打印病人的主動(dòng)脈--將血液從心臟輸送到肌體其余部位的大動(dòng)脈。
為了模擬心臟的泵送動(dòng)作，該隊(duì)伍制造了相似于血壓袖套的袖子，包裹著打印的心臟和主動(dòng)脈。每個(gè)袖子的底面都相似于準(zhǔn)確圖案的氣泡膜。當(dāng)套筒連通到1個(gè)氣動(dòng)體系時(shí)，研發(fā)職員闊以調(diào)節(jié)輸出的空氣，使套筒的氣泡有節(jié)拍地膨脹，并緊縮心臟，模擬其泵送動(dòng)作。
研發(fā)職員還闊以給1個(gè)圍繞著打印的主動(dòng)脈的獨(dú)立套筒充氣，以緊縮該血管。他們說(shuō)，這類緊縮闊以被調(diào)節(jié)為模擬主動(dòng)脈局促--一類主動(dòng)脈瓣變窄的狀況，造成心臟更盡力地工作以迫使血液通過(guò)肌體。
醫(yī)師們往往通過(guò)手術(shù)植入1個(gè)合成瓣膜來(lái)醫(yī)治主動(dòng)脈局促，旨在拓寬主動(dòng)脈的天然瓣膜。該隊(duì)伍表示，在將來(lái)，醫(yī)師有也許應(yīng)用他們的新程序，首先打印出病人的心臟和主動(dòng)脈，接著將各類瓣膜植入打印的模型中，以觀測(cè)哪種設(shè)計(jì)對(duì)該特定病人的性能和順應(yīng)性最佳。研發(fā)試驗(yàn)室和醫(yī)療設(shè)施領(lǐng)域也闊以應(yīng)用這類心臟復(fù)制品，作為測(cè)驗(yàn)各類型號(hào)心臟病療法的現(xiàn)實(shí)平臺(tái)。
"一切的心臟全是不同的，"麻省理工學(xué)院-哈佛大學(xué)健康科學(xué)與技術(shù)項(xiàng)目標(biāo)研發(fā)生Luca Rosalia說(shuō)。"它們有批量的改變，特別是當(dāng)病人生病的時(shí)候。咱們體系的優(yōu)勢(shì)在于，咱們不單闊以重現(xiàn)病人的心臟形式，還闊以重現(xiàn)其在生理和疾病方面的性能。"
在這項(xiàng)新的研發(fā)中，該隊(duì)伍借用3D打印技術(shù)來(lái)制造實(shí)際病人的心臟的定制復(fù)制品。他們應(yīng)用了一類基于聚合物的墨水，一經(jīng)打印和固化，就闊以擠壓和拉伸，相似于真實(shí)跳動(dòng)的心臟。
作為他們的起始原料，研發(fā)職員應(yīng)用了15名被診療為主動(dòng)脈瓣局促的患者的醫(yī)療掃描。研發(fā)小組將每個(gè)病人的圖片轉(zhuǎn)換成病人的左心室（心臟的首要泵房）和主動(dòng)脈的三維計(jì)算機(jī)模型。他們將這個(gè)模型輸入3D打印機(jī)，以形成1個(gè)柔嫩的、解剖學(xué)上確切的心室和血管外殼。
該隊(duì)伍還制造了袖子來(lái)包裹打印出來(lái)的模型。他們對(duì)每個(gè)套筒的口袋進(jìn)行了定制，當(dāng)包裹在各自的模型上并和1個(gè)小型空氣泵體系貫串時(shí)，套筒闊以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，以真正地緊縮和收縮打印的模型。
研發(fā)職員標(biāo)明，針對(duì)每個(gè)心臟模型，他們闊以確切地重現(xiàn)此前在每個(gè)病人身上丈量的相近的心臟泵送壓力和流量。
更進(jìn)一步，該隊(duì)伍旨在復(fù)制個(gè)別患者所接受的許多干預(yù)手段，以觀測(cè)打印的心臟和血管能否以一樣的方法作出反應(yīng)。許多患者已然接受了旨在拓寬主動(dòng)脈的瓣膜植入。羅切和她的同事在以每個(gè)病人為模型的打印主動(dòng)脈中植入了相似的閥門。當(dāng)他們激活打印的心臟進(jìn)行泵送時(shí)，他們觀測(cè)到植入的瓣膜形成了相似于實(shí)際患者手術(shù)植入后的流量改進(jìn)。
最終，該隊(duì)伍應(yīng)用了1個(gè)激活的打印心臟來(lái)較為不同尺寸的植入物，看看哪1個(gè)會(huì)形成最好的配合和流量--他們?cè)囅肱R床醫(yī)師未來(lái)有也許為他們的病人做這類事件。
終極，病人特定的復(fù)制品闊以輔助開(kāi)發(fā)和確認(rèn)擁有獨(dú)到和戰(zhàn)斗性的心臟幾何構(gòu)造的個(gè)體的理想醫(yī)治方式。
為大范疇的解剖構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在此范疇內(nèi)測(cè)驗(yàn)干預(yù)手段，也許會(huì)加大微創(chuàng)手術(shù)的目的人群。
羅薩利婭和他的同事在今日刊登在《科學(xué)機(jī)械人》上的一項(xiàng)研發(fā)中報(bào)表了他們的成果。麻省理工學(xué)院的一同作家含蓋Caglar Ozturk、Debkalpa Goswami、Jean Bonnemain、Sophie Wang和Ellen Roche，還有麻省總醫(yī)院的Benjamin Bonner、哈佛大學(xué)的James Weaver，并且俄亥俄州克利夫蘭診所的Christopher Nguyen、Rishi Puri和Samir Kapadia。
